Trang nhất
Diễn đàn phát triển
Tin tức & Sự kiện
Luật pháp hàng hải
Khoa học Công nghệ-Bảo vệ môi trường
ATGT- ANHH
Văn hóa - Nghệ thuật
Quốc tế
Giới thiệu văn bản mới
Thứ Ba 08/05/2007 11:20
Thang sức gió Beaufort và các thang sóng biển

Thang sức gió Beaufort và các thang sóng biển

        PGS.TS. PHAN VĂN KHÔI

Cục Đăng kiểm Việt Nam

Một trong những vấn đề bất cập ở nước ta hiện nay là trong khi ngành Khí tượng dự báo thời tiết theo Tiêu chuẩn ngành, 94 TCN–90, những người đi biển thì sử dụng thang sức gió Beaufort với chiều cao sóng đi kèm theo thông lệ quốc tế, còn những người đóng tàu và đăng kiểm có thể lại sử dụng những thang khác nhau tùy thuộc vào nguồn tài liệu thiết kế. Bài viết này góp phần tìm hiểu vấn đề nói trên.

Thang sức gió Beaufort và chiều cao sóng

Thang sức gió Beaufort được Francis Beaufort (1774–1857), người Ailen, đồng thời là sỹ quan hải quân của Hoàng gia Anh, đề xuất từ năm 1805, dựa trên mô tả trạng thái mặt biển. Từ cuối năm 1830, thang đo này được đưa vào nhật ký đi biển của các tàu hải quân hoàng gia Anh như một tiêu chuẩn.                                                                                 

Về sau, việc phân cấp gió được hoàn thiện dần và thêm vào vận tốc gió để sử dụng cho cả trên đất liền và tương ứng với các thiết bị đo gió kiểu gáo quay. Đến năm 1923, thang từ cấp 0 đến cấp 12 được tiêu chuẩn hóa, và đến năm 1939, nó được Tổ chức Khí tượng thế giới (WMO) thừa nhận, với cấp 12 là cao nhất có vận tốc gió là 32,7 m/s (117 km/h,  64 knots). Nếu ký hiệu cấp gió theo thang Beaufort là B thì vận tốc gió, đo bằng m/s, được tính theo công thức thực nghiệm sau                        
       
Ví dụ, cơn bão Chanchu cấp gió 12 có vận tốc gió bằng = 34,8 m/s (125 km/h). Vận tốc gió nói đến trên đây được tính ở độ cao 10m trên mực nước biển và là vận tốc gió kéo dài (sustained) với thời khoảng lấy trung bình 10 min, không phải là vận tốc gió giật (gust).

Vào năm 1944, thang Beaufort được mở rộng thêm 5 cấp, từ cấp 13 đến cấp 17. Sau khi mở rộng, cấp 12 có vận tốc gió là 32,7 m/s – 36,9 m/s (117 km/h – 133 km/h, 64 knots - 71 knots); còn cấp 17 có vận tốc gió đến 61,2 m/s (220 km/h - 118 knots). Tuy nhiên, những cấp bổ sung này chỉ được dùng trong những trường hợp đặc biệt, chẳng hạn ở những vùng thường chịu ảnh hưởng của xoáy lốc nhiệt đới (tropical cyclone) và bão tố (typhoon) như ở bờ tây Thái Bình Dương; còn trong các mục đích thông thường, người ta vẫn dùng thang Beaufort đến cấp 12.

Ngoài ra, ở các vùng hay quốc gia riêng biệt, thường có những chỉ tiêu riêng, ví dụ theo hậu quả thiệt hại, sức gió bão còn được đo bằng những phiên bản khác của thang Beaufort hoặc thang khác. Có thể so sánh các cấp từ 12 trở lên của thang Beaufort với các thang khác như sau: cấp 12, 13… Beaufort tương đương cấp 1, 2 … của thang đại cuồng phong (hurricane) Saffir-Simpson; còn cuối cấp 12 thang Beaufort tương đương cấp 1 của các thang lốc vòi rồng (tornado) Fujita và Torro.

Bảng 1 dưới đây là thang Beaufort đến cấp 17 hiện nay, và bên cạnh đó là chiều cao sóng tương ứng với từng cấp gió [1], [2], [3]. Ở nước ta, bảng này cũng được quy định trong Tiêu chuẩn ngành Khí tượng thủy văn 94 TCN–90: Quy phạm quan trắc khí tượng bề mặt [7].

                        Bảng 1 - Thang sức gió Beaufort và chiều cao sóng đi kèm

Cấp gió

(Beaufort number)

Mô tả chuẩn

của WMO và của ngành KTTV nước ta (94TCN-90)

Vận tốc gió

Chiều cao sóng

hải lý/giờ

(knot)

 

km/h

 

m/s

 

ft

 

m

0

Calm/Lặng gió

<1

<1

0-0,2

 

0

1

Light air/Gió rất nhẹ

1-3

1-6

0,3-1,5

0,25

0,1

2

Light breeze/Gió nhẹ

4-6

7-11

1,6-3,3

0,5-1

0,2-0,3

3

Gentle breeze/Gió nhỏ

7-10

12-19

3,4-5,4

2-3

0,6-1,0

4

Moderate breeze/Gió vừa

11-16

20-29

5,5-7,9

3,5-5

1,0-1,5

5

Fresh breeze/Gió khá mạnh

17-21

30-39

8,0-10,7

6-8,5

2,0-2,5

6

Strong breeze/Gió mạnh

22-27

40-50

10,8-13,8

9,5-13

3,0-4,0

7

Near gale/Gió khá lớn

28-33

51-62

13,9-17,1

13,5-19

4,0-5,5

8

Gale/Gió lớn

34-40

63-75

17,2-20,7

18-25

5,5-7,5

9

Strong gale/Gió rất lớn

41-47

76-87

20,8-24,4

23-32

7,0-10,0

10

Storm/Gió bão

48-55

88-102

24,5-28,4

29-41

9,0-12,5

11

Violent storm/Gió bão to

56-63

103-117

28,5-32,6

37-52

11,5-16,0

12

Hurricane/Đại cuồng phong

 64-71

118-132

 32,7-36,9

45 - >52

14,0 ->16

13

Hurricane/Đại cuồng phong

72-80

133-149

37,0-41,4

>45 ->52

>14 - >16

14

Hurricane/Đại cuồng phong

81-89

150-166

41,5-46,1

-

-

15

Hurricane/Đại cuồng phong

90-99

167-183

46,2-50,9

-

-

16

Hurricane/Đại cuồng phong

100-109

184-201

51,0-56,0

-

-

17

Hurricane/Đại cuồng phong

109-118

202-220

56,1-61,2

-

-

Ở các cột 6 và 7, chiều cao sóng được cho thành khoảng, trong đó giới hạn trên là chiều cao sóng lớn nhất có thể xảy ra ngoài biển thoáng xa bờ, đà gió vô hạn. Trong một số tài liệu, ở mỗi cấp, vận tốc gió và chiều cao sóng được cho không phải là một khoảng như ở bảng trên mà cho chỉ một giá trị, có thể là giá trị trung bình của khoảng. Ngoài ra có thể thấy sai lệch chút ít giữa các bảng khác nhau do đổi các đơn vị Anh-Mỹ sang đơn vị SI và làm tròn số.

Thang sức gió Beaufort và phổ sóng Pierson-Moskowitz

Giả thiết rằng phổ sóng trong mỗi trạng thái biển đều có dạng Pierson-Moskowitz (P-M), một dạng phổ thường gặp trong phân tích kết cấu tàu và công trình ngoài biển. Khi đó, theo tài liệu [5], các trạng thái biển được chia từ 0 đến 9 với các đặc trưng của sóng như chiều cao sóng đáng kể hS, chu kỳ T và chiều dài bước sóng L tương ứng với mỗi cấp gió Beaufort được cho trong Bảng 2.

Bảng 2 - Đặc trưng sóng có phổ P-M ứng với cấp gió Beaufort

Cấp gió Beaufort

Trạng thái biển

Chiều cao sóng, hS

Chu kỳ sóng, T

 s

Trung bình bước sóng, L

ft

m (1)

ft

m  (1)

1

0

< 0,5

< 0,15

0,5-1   (1)  (2)

2

0,61

2

1

0,5

0,15

1-2,5   (1,5)

9,5

2,89

3

2

2

0,61

1,5-5   (3)

26

7,92

4

3

3,5

1,07

2-6,5   (4)

50

15,24

5

4

6

1,83

2,5-8,5   (5)

80

24,38

6

5

8

2,44

3-10   (6-7)

130

39,62

7

6

18

5,49

4-13   (8-9)

220

67,05

8

7

32

9,75

5,5-17   (10-12)

400

121,92

9

8

52

15,85

7,5-23   (13-15)

650

198,12

10

 

 

 

 

 

 

11

9

60-100

18,29-30,48

9-28,5   (16-19)

800-1200

243-365

12

 

 

 

 

 

 

Ghi chú: (1) Trong bản gốc, chiều dài được cho bằng ft; 1 ft = 0,3048m

(2) Số trong ngoặc là trị trung bình. Có thể chuyển đổi hS ở bảng trên thành h3% (chiều cao sóng có xác suất vượt bằng 3%) theo quan hệ  h3% = 1,315hS.

Một số thang và mã hiệu sóng

 Thang sóng Douglas (1917)

Thang sóng (sea scale) này được đô đốc hải quân Anh H.P. Douglas đề xuất năm 1917 với mục đích phục vụ việc đi biển. Thang này vừa để đánh giá trạng thái sóng (sea) do gió địa phương, vừa để mô tả sóng cồn (swell, tức là sóng có bước sóng rất dài được lan truyền đến do gió ở nơi khác cách xa gây ra).

                       Bảng 3 - Thang sóng Douglas

Cấp sóng (Degree)

Chiều cao sóng, m

Mô tả mặt biển*

0

 

Calm sea/Biển lặng

1

>0,1

Rippled sea/Gợn sóng

2

0,1-0,5

Smooth sea/Biển êm hòa

3

0,5-1,25

Slight sea/Sóng yếu

4

1,25-2,5

Moderate sea/Sóng vừa

5

2,5-4

Rough sea/Sóng lớn

6

4-6

Very rough sea/Sóng rất lớn

7

6-9

High sea/Sóng mạnh

8

9-14

Very high sea/Sóng rất mạnh

9

>14

Phenomenal sea/Sóng cực mạnh

 (*) Nghĩa tiếng Việt là do tạm phiên chuyển, chưa tìm được thuật ngữ chuẩn.

Thang sóng của Liên Xô (1953)

Vào năm 1953, theo Nghị định về công tác khí tượng thủy văn của Hội đồng Bộ trưởng Liên Xô, một thang đo sóng biển từ cấp 0 đến cấp IX đã được quy định như sau [4]:

                     Bảng 4 - Thang sóng biển của Liên Xô

Cấp sóng

Chiều cao sóng h3%, m

Phương sai của tung độ

mặt sóng ,  m2

Trạng thái mặt biển

0

0

0

Không có sóng

I

0 – 0,24

0 – 0,002

Sóng yếu

II

0,25 – 0,74

0,002 – 0,020

Sóng vừa

III

0,75 – 1,24

0,020 – 0,056

Sóng khá lớn

IV

1,25 – 1,9

0,056 – 0,143

Sóng khá lớn

V

2,0 – 3,4

0,143 – 0,440

Sóng mạnh

VI

3,5 – 5,9

0,440 – 1,285

Sóng mạnh

VII

6,0 – 8,4

1,285 – 2,580

Sóng rất mạnh

VIII

8,5 – 10,9

2,580 – 4,320

Sóng rất mạnh

IX

 11,0

4,320

Sóng cực mạnh

Trong bảng trên, cấp sóng không đi kèm với cấp gió và chiều cao sóng được cho là h3%. Thang cấp sóng này cũng được sử dụng trong các tài liệu khí tượng thủy văn nước ta trước đây.

Mã hiệu trạng thái biển (WMO Code 3700)

Số hiệu

 

Mô tả

Chiều cao sóng, m

Số hiệu

Mô tả

Chiều cao sóng, m

0

Calm-glassy

0

5

Rough

2,50 - 4

1

Calm-rippled

0 – 0,10

6

Very rough

4 - 6

2

Smooth-wavelet

0,10 – 0,50

7

High

6 - 9

3

Slight

0,50 – 1,25

8

Very high

9 - 14

4

Moderate

1,25 – 2,50

9

Phenomenal

> 14

Như vậy, bảng mã hiệu này chính là thang sóng Douglas đã nêu ở Bảng 3. Điểm khác biệt là ở từ ngữ: Douglas gọi là thang sóng (sea scale) với các cấp (degree), trong khi bảng này được gọi là bảng mã hiệu (code) với các số hiệu (code figure).

Qua một số tài liệu đã dẫn, ta nhận thấy rằng, trong khi sức gió được thống nhất theo thang Beaufort thì sóng được đặc trưng bằng chiều cao hoặc trạng thái được cho hoặc theo cấp hoặc theo mã hiệu và có thể khác nhau theo những tài liệu khác nhau. Vì vậy, khi gặp những nội dung liên quan đến cấp gió và cấp sóng trong các tài liệu kỹ thuật và tiêu chuẩn/quy chuẩn kỹ thuật, cần nêu rõ các cấp đó là theo thang/mã hiệu nào, để tránh nhầm lẫn và có thể đối chiếu hay chuyển đổi được. Xu hướng hiện nay là sử dụng những thang/mã hiệu của WMO mà nước ta chấp nhận thành tiêu chuẩn.

Tài liệu tham khảo:

[1]. www.srh.noaa.gov/bro/beau.htm

[2]. http://www.stormfax.com

[3]. http://whale.wheelock.edu/whalenet-stuff/beaufort.html

[4]. Putov, N.E. Proextirovanie construcsii corpusa morskix sudov. Len. 1973

[5]. www.seakayak.ws/

[6]. www.nodc.noaa.gov/PRODIP/document/... (NODC: National Oceanographic Data Center)

[7]. TCVN 6259-10:2003. Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép - ổn định

[8]. 94 TCN–90: Quy phạm quan trắc khí tượng bề mặt

 

 

 

 

Các tin khác
  • Ứng dụng công nghệ CAD, CAM và CIM trong các nhà máy đóng tàu của VINASHIN (30/01/2007 08:48)
  • Đóng tàu theo MODULE - phương pháp hiện đại để đóng các tàu có trọng tải lớn (14/07/2005 10:22)
  • SAVACO và giải pháp hữu ích bảo vệ môi trường biển Việt Nam (08/12/2004 08:55)
  • 278 Tôn Đức Thắng - Quận Đống Đa - Hà Nội
    Tel: (844) 8569423/ 8569424 Fax: (844) 8569425